CN110028592A - 一种含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉及其制备方法和应用 - Google Patents

一种含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及功能食品、保健品及日化领域，具体涉及一种含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉及其制备方法和应用。含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉如式一所示：式一平均聚合度n取值范围是5‑12000。本发明的优点是增加了淀粉上的活性基团，经过抗氧化活性测试，含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉具有极强的抗氧化活性，且衍生物具有良好的水溶性，制备过程简单，易于操作，扩大了淀粉的应用范围，可以广泛推广至功能食品、保健及日化领域。

Description

一种含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及功能食品、保健及日化领域，具体涉及一种含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉及其制备方法和应用。
背景技术
淀粉(Starch)是一种安全、无毒、廉价易得的天然多糖，由D-葡萄糖脱去水分子后经糖苷键连接而成。淀粉主要来源于玉米、小麦、马铃薯等作物，是人类食物的主要组成部分，与透明质酸、肝素、壳聚糖等其他糖类相比，几乎没有明显的生物活性，并且水溶性差，导致了淀粉的工业应用价值偏低，其原因应该与淀粉分子中缺少羧基、硫酸酯基、氨基等活性基团以及特殊的结构特征有关。
化学改性被认为是一种高效、定向、方便的方法，能够提高甚至赋予多糖新的功能从而满足不同的需求。对淀粉进行针对性的化学结构修饰，可以增强其生物活性，为我们提供大量的新型功能性产品，同时淀粉的高值化开发，也将提高相关作物的价值。
抗氧化剂在日化、功能食品、保健品等方面具有广泛的应用。抗氧化剂是食品工业中最常用的一种食品添加剂，它的功能是防止腐败、毒性物质的产生,营养成分的流失与外表色泽的改变,以及防止由动物脂肪、蔬菜植物等油脂氧化产生令人不愉快的化合物。随着人们对即食食品的需求迅速增长，抗氧化剂在提高货架期、口感和药用价值方面发挥着至关重要的作用。对于人体而言，抗氧化剂的重要作用是促进心血管健康，抑制恶性肿瘤的生长，减缓大脑和神经系统的衰老过程，以及降低阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病的风险和严重程度，是多种功能保健食品中的主要活性成分。淀粉安全、无毒、可生物降解，但是本身几乎没有抗氧化活性，因此对其进行恰当的化学结构修饰是解决该问题的有效方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉，如式一所示：
式一
平均聚合度n取值范围是5-12000。
一种含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的制备方法，以淀粉为原料，首先对其羟基进行氯乙酰活化，然后与叠氮化钠反应，得到叠氮乙酰化淀粉，叠氮乙酰化淀粉与炔醇反应，最后与碘甲烷反应，产物经纯化后得到式一所示含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉。
所述炔醇为丙炔醇、3-丁炔-1-醇或4-戊炔-1-醇。
进一步的说，
（1）氯乙酰淀粉的合成：将淀粉分散于水中，然后加入氯乙酰氯，于室温搅拌12-24h，然后用旋转蒸发仪浓缩体系，最后用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到氯乙酰淀粉，其中，淀粉与氯乙酰氯的摩尔量比值为1:2-4；
（2）叠氮乙酰化淀粉的合成：将上述获得的氯乙酰淀粉与叠氮化钠溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，于60-80℃搅拌反应4-8h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到叠氮乙酰化淀粉，其中，氯乙酰淀粉与叠氮化钠的摩尔量比值为1:2-4；
（3）含三氮唑的乙酰化淀粉的合成：将上述获得的叠氮乙酰化淀粉与炔醇溶解于二甲亚砜中，在三乙胺和碘化亚铜催化下，于75-80℃反应12-24h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到含三氮唑的乙酰化淀粉，其中，叠氮乙酰化淀粉与炔醇的摩尔量比值为1:2-4；叠氮乙酰化淀粉与三乙胺和碘化亚铜的摩尔量比值为10:10:1；
（4）含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的合成:将上述含三氮唑的乙酰化淀粉与碘甲烷溶解于二甲亚砜中，回流反应24-36h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到式一所示含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉，其中，含三氮唑的乙酰化淀粉与碘甲烷的摩尔量比值为1:3-6。
一种含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的应用，所述式一所示含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉在制备抗氧化剂中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
（1）淀粉来源丰富、安全无毒、可生物降解，但其自身抗氧化活性较弱。以淀粉为基础，通过对其进行化学结构修饰，在淀粉分子结构中引入三氮唑和季铵盐基团，使这些基团以淀粉为主体发挥抗氧化活性的同时，还具有安全、无毒、抗氧化活性持久等优势。研究结果表明本发明所制备的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉抗氧化效果显著高于淀粉，具有很高的应用潜力。
（2）本发明所得含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉具有良好的水溶性，进一步拓展了其应用范围。
（3）在合成工艺上，本发明衍生物合成路线简单，操作简便，得到产物产率高，本发明所得产品可以广泛推广至功能食品保健以及日化领域。
附图说明
图1为淀粉的红外光谱图。
图2为本发明实施例提供的氯乙酰淀粉的红外光谱图；其中，1747 cm-1处为酯基的吸收峰，790 cm-1处为C-Cl键的吸收峰。
图3为本发明实施例提供的叠氮乙酰化淀粉的红外光谱图；其中，与氯乙酰淀粉相比，新出现的2113 cm-1为叠氮的特征峰，同时C-Cl键的吸收峰消失，表明叠氮基团成功引入淀粉。
图4为本发明实施例提供的含羟甲基三氮唑的乙酰化淀粉的红外光谱图；与叠氮乙酰化淀粉相比，叠氮峰消失，表明叠氮基团与炔醇发生了“click”反应，此外1564 cm-1处羰基的吸收峰发生了红移，是由于三氮唑基团的接入。
图5为本发明实施例提供的含羟乙基三氮唑的乙酰化淀粉的红外光谱图。
图6为本发明实施例提供的含羟丙基三氮唑的乙酰化淀粉的红外光谱图。
上述图5-6中2113 cm-1处叠氮峰消失，表明叠氮基团与炔醇发生了“click”反应。
图7为本发明实施例提供的含羟甲基三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的红外光谱图；1640 cm-1处的羰基峰继续发生红移，是由于三氮唑发生了季铵化。
图8为本发明实施例提供的含羟乙基三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的红外光谱图。
图9为本发明实施例提供的含羟丙基三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的红外光谱图；
上述图8-9中1640 cm-1处的羰基峰发生了红移，是由于三氮唑发生了季铵化。
图10为本发明实施例提供的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的合成路线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受附图和具体实施例所限。
本发明以淀粉为底物，通过对其进行适当的化学结构修饰，在其分子中引入三氮唑和季铵盐等活性基团，从而极大地提高它的抗氧化活性，使得到的淀粉衍生物能够在很低的浓度下达到很好的抗氧化效果。并且，这种高分子抗氧化剂能够通过淀粉的降解而维持长效的抗氧化效果，从而应用在日化、功能食品、保健品等领域。
由图10中记载的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的合成路线，其中，平均聚合度n取值范围是5-12000。
实施例1
本实施例按图10所示的合成路线合成目标化合物含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉。
（1）氯乙酰淀粉的合成：1.62 g淀粉（参见图1）分散于100 mL水中，然后加入1.6mL氯乙酰氯，于室温搅拌12h，然后用旋转蒸发仪浓缩体系，最后用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到氯乙酰淀粉（参见图2），待用。
（2）叠氮乙酰化淀粉的合成：1.5 g氯乙酰淀粉（参见图2）与0.82 g叠氮化钠溶解于60 mL N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，于60℃搅拌反应4h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到叠氮乙酰化淀粉(参见图3)，待用。
（3）含羟甲基三氮唑的乙酰化淀粉的合成：0.245 g叠氮乙酰化淀粉(参见图3)与0.12 mL丙炔醇溶于20 mL二甲亚砜中，在0.14 mL三乙胺和20 mg碘化亚铜催化下，于75℃反应12h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到含羟甲基三氮唑的乙酰化淀粉 (参见图4)。
（4）含羟甲基三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的合成:0.25 g含羟甲基三氮唑的乙酰化淀粉(参见图4)与0.16 mL碘甲烷溶解于10 mL二甲亚砜中，回流反应24h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到式一所示含羟甲基三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉(参见图7)。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
（1）氯乙酰淀粉的合成：1.62 g淀粉（参见图1）分散于105 mL水中，然后加入2.4 mL氯乙酰氯，于室温搅拌18h，然后用旋转蒸发仪浓缩体系，最后用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到氯乙酰淀粉（参见图2），待用。
（2）叠氮乙酰化淀粉的合成：1.5 g氯乙酰淀粉（参见图2）与1.3 g叠氮化钠溶解于63 mL N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，于70℃搅拌反应6h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到叠氮乙酰化淀粉（参见图3），待用。
（3）含羟乙基三氮唑的乙酰化淀粉的合成：0.245 g叠氮乙酰化淀粉（参见图3）与0.23 mL 3-丁炔-1-醇溶于22 mL二甲亚砜中，在0.14 mL三乙胺和20 mg碘化亚铜催化下，于75℃反应18h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到含羟甲基三氮唑的乙酰化淀粉（参见图5）。
（4）含羟乙基三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的合成:0.25 g含羟甲基三氮唑的乙酰化淀粉（参见图5）与0.25 mL碘甲烷溶解于13 mL二甲亚砜中，回流反应30h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到式一所示含羟乙基三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉（参见图8）。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
（1）氯乙酰淀粉的合成：1.62 g淀粉（参见图1）分散于110 mL水中，然后加入3.2 mL氯乙酰氯，于室温搅拌24h，然后用旋转蒸发仪浓缩体系，最后用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到氯乙酰淀粉（参见图2），待用。
（2）叠氮乙酰化淀粉的合成：1.5 g氯乙酰淀粉（参见图2）与1.6 g叠氮化钠溶解于67 mL N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，于80℃搅拌反应8h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到叠氮乙酰化淀粉（参见图3），待用。
（3）含羟丙基三氮唑的乙酰化淀粉的合成：0.245 g叠氮乙酰化淀粉（参见图3）与0.37 mL 4-戊炔-1-醇溶于24 mL二甲亚砜中，在0.14 mL三乙胺和20 mg碘化亚铜催化下，于80℃反应24h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到含羟甲基三氮唑的乙酰化淀粉（参见图6），待用。
（4）含羟丙基三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的合成:0.25 g含羟丙基三氮唑的乙酰化淀粉（参见图6）与0.50 mL碘甲烷溶解于15 mL二甲亚砜中，回流反应36h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到式一所示含羟丙基三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉（参见图9）。
应用例1
清除超氧阴离子自由基抗氧化能力的测定 ：
分别测定淀粉和所合成的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉对超氧阴离子自由基的清除能力并作对比：
将淀粉原料和实施例中制备的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉烘干至恒重后，分别配置表3中所需浓度，并分别取表3所配制的不同浓度的样品溶液1.5 mL、Tris-HCl缓冲液1 mL(配制Tris-HCl缓冲液：分别取 1.9382 g 三羟甲基氨基甲烷、0.8 mL浓盐酸加水定容至1000 mL)，NADH 0.5 mL(配制 NADH：36.57 mg还原性辅酶I加水定容至100 mL),NBT 0.5mL(配制NADH：24.53 mg硝基四氮唑蓝加水定容至100 mL)，PMS 0.5 mL(配制PMS：1.84 mg吩嗪硫酸甲酯加水定容至100 mL)。测定样品在560 nm处的吸光度，空白组1.5mL缓冲液代替供试样品，对照组0.5 mL缓冲液替代NADH(注：被测样品均测两次，取平均值)（参见表1）。
清除超氧阴离子自由基能力(％)＝1-[(A样品-A对照)/A空白]×100
其中A空白：空白组吸光度，A样品：样品组吸光度，A对照：对照组吸光度。
表1 淀粉、含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉对超氧阴离子自由基的清除能力（%）
应用例2
清除羟自由基抗氧化能力的测定 ：
分别测定淀粉和所合成的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉对羟自由基的清除能力并做对比：
将淀粉原料和实施例中制备的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉烘干至恒重后，分别配置表1中所需浓度，并分别取表1所配制的不同浓度的样品溶液1 mL、磷酸缓冲液1 mL(配制磷酸缓冲液：分别取41.58 g Na2HPO4·12H2O、5.2887 g NaH2PO4·2H2O, 加水定溶至1000mL)，360μg/mL 的番红花1 mL,2 mmol/L 的 EDTA-Fe 0.5 mL,3％过氧化氢1 mL，于试管中混匀，在37℃水浴中避光反应30min后，测定样品在520 nm处的吸光度，空白组用1 mL蒸馏水代替供试样品，对照组用1 mL蒸馏水和1 mL磷酸缓冲液替代样品和过氧化氢(注：被测样品均测两次，取平均值)（参见表2）。
清除率(%)=(A样品-A空白)/(A对照-A空白)×100
其中A空白：空白组吸光度，A样品：样品组吸光度，A对照：对照组吸光度。
表2 淀粉、含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉对羟自由基的清除能力（%）
应用例3
清除DPPH自由基抗氧化能力的测定：
分别测定淀粉和所合成的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉对DPPH自由基的清除能力并作对比：
将淀粉原料和实施例中制备的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉烘干至恒重后，分别配置表2中所需浓度，并分别取表2所配制的不同浓度的样品溶液1 mL、DPPH 2 mL(配制DPPH：称取35.49 mg DPPH加无水乙醇定溶至500mL)，于试管中加塞振摇混匀，放置20 min后，测定样品在517 nm处的吸光度，空白组1mL蒸馏水代替供试样品，对照组2 mL无水乙醇替代2 mLDPPH(注：被测样品均测两次，取平均值)（参见表3）。
清除DPPH自由基能力(％)＝1-[(A样品-A对照)/A空白]×100
其中A空白：空白组吸光度，A样品：样品组吸光度，A对照：对照组吸光度。
表3 淀粉、含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉对DPPH自由基的清除能力（%）
实验结果表明，将三氮唑、季铵盐等活性基团通过化学结构修饰的方法引入淀粉分子中，能够明显提高淀粉的抗氧化能力。所得含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉抗氧化性能优异，尤其是对超氧阴离子自由基的清除作用极好，并且衍生物水溶性良好，在功能食品、保健以及日化等领域都有很高的应用价值。

Claims (5)

1.一种含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉，其特征在于：含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉如式一所示：
式一
平均聚合度n取值范围是5-12000。
2.一种权利要求1所述的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的制备方法，其特征在于：以淀粉为原料，首先对其羟基进行氯乙酰活化，然后与叠氮化钠反应，得到叠氮乙酰化淀粉，叠氮乙酰化淀粉与炔醇反应，最后与碘甲烷反应，产物经纯化后得到式一所示含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉。
3.按权利要求2所述的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的制备方法，其特征在于：所述炔醇为丙炔醇、3-丁炔-1-醇或4-戊炔-1-醇。
4.按权利要求2或3所述的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的制备方法，其特征在于：
（1）氯乙酰淀粉的合成：将淀粉分散于水中，然后加入氯乙酰氯，于室温搅拌12-24h，然后用旋转蒸发仪浓缩体系，最后用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到氯乙酰淀粉，其中，淀粉与氯乙酰氯的摩尔量比值为1:2-4；
（2）叠氮乙酰化淀粉的合成：将上述获得氯乙酰淀粉与叠氮化钠溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，于60-80℃搅拌反应4-8h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到叠氮乙酰化淀粉，其中，氯乙酰淀粉与叠氮化钠的摩尔量比值为1:2-4；
（3）含三氮唑的乙酰化淀粉的合成：将上述获得叠氮乙酰化淀粉与炔醇溶解于二甲亚砜中，在三乙胺和碘化亚铜催化下，于75-80℃反应12-24h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到含三氮唑的乙酰化淀粉，其中，叠氮乙酰化淀粉与炔醇的摩尔量比值为1:2-4；叠氮乙酰化淀粉与三乙胺和碘化亚铜的摩尔量比值为10:10:1；
（4）含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的合成:将上述含三氮唑的乙酰化淀粉与碘甲烷溶解于二甲亚砜中，回流反应24-36h，然后直接用乙醇沉淀并洗涤数次，经烘干得到式一所示含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉，其中，含三氮唑的乙酰化淀粉与碘甲烷的摩尔量比值为1:3-6。
5.一种权利要求1所述的含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉的应用，其特征在于：所述式一所示含三氮唑季铵盐的乙酰化淀粉在制备抗氧化剂中的应用。
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